运算放大器

2021-04-29 17:09:03      点击:

运算放大器是一种很常见的集成电路,其将若干个三极管、电阻、电容等元件集成到一个很小的芯片中,以特定的电路形式来完成放大任务。运算放大器是集成电路,因此其同样具有集成电路的优点,其放大精度高、增益大、噪声低、设计简单。在一些对放大元件要求较高的场合,设计人员大量使用运算放大器来代替传统的三极管。


运算放大器的应用范围很广,它不仅可以用于普通的放大,还可以完成信号的加减乘除等“运算”任务,其在滤波器的设计中也担任着重要的角色,一些速度较快、性能较高的运算放大器还可以完成比较简单的信号比较的任务。


运算放大器的工作原理

运算放大器

首先,运算放大器的放大倍数为无穷大,所以只要它的输入端的输入电压不为零,输出端就会有与正的或负的电源一样高的输出电压本来应该是无穷高的输出电压,但受到电源电压的限制。准确地说,如果同相输入端输入的电压比反相输入端输入的电压高,哪怕只高极小的一点,运算放大器的输出端就会输出一个与正电源电压相同的电压;反之,如果反相输入端输入的电压比同相输人端输入的电压高,运算放大器的输出端就会输出一个与负电源电压相同的电压(如果运算放大器用的是单电源,则输出电压为零)。

其次,由于放大倍数为无穷大,所以不能将运算放大器直接用来做放大器用,必须要将输出的信号反馈到反相输入端(称为负反馈)来降低它的放大倍数。如图1-3中左图所示,R1的作用就是将输出的信号返回到运算放大器的反相输入端,由于反相输入端与输出的电压是相反的,所以会减小电路的放大倍数,是一个负反馈电路,电阻Rf也叫做负反馈电阻。

运算放大器

还有,由于运算放大器的输入为无穷大,所以运算放大器的输入端是没有电流输入的——它只接受电压。同样,如果我们想象在运算放大器的同相输入端与反相输入端之间是一只无穷大的电阻,那么加在这个电阻两端的电压是不能形成电流的,没有电流,根据欧姆定律,电阻两端就不会有电压,所以我们又可以认为在运算放大器的两个输人端电压是相同的(电压在这种情况就有点像用导线将两个输入端短路,所以我们又将这种现象叫做“虚短”)。


运算放大器的分类


运算放大器按参数可分为如下几类:

通用型运算放大器:主要特点是价格低廉、产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。

低温漂型运算放大器:在精密仪器、弱信号检测等自动控制仪表中,总是希望运算放大器的失调电压要小且不随温度的变化而变化。

高阻型运算放大器:特点是差模输入阻抗非常高,输入偏置电流非常小,一般rid>1GΩ~1TΩ,IB为几皮安到几十皮安。

高速型运算放大器:主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。

低功耗型运算放大器:由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便,所以随着便携式仪器应用范围的扩大,必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。

高压大功率型运算放大器:运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。

可编程控制运算放大器:在仪器仪表得使用过程中都会涉及到量程得问题.为了得到固定电压得输出,就必须改变运算放大器得放大倍数。


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